고강도 초음파로 종양 제거 원리 규명

국내 연구팀이 고강도 초음파로 외과적 수술 없이 종양이나 암조직을 제거하는 원리를 밝혀냈다. 이 연구의 성공으로 향후 암수술에 새로운 기술로 발전될 시기를 앞당겼다. 또한 지속적인 지원과 연구를 통해서 향후 항암면역치료와 세포이식술 분야 등에도 사용 될 수 있는 기술로 발전 될 수 있다.



한국과학기술연구원(KIST)은 22일 바이오닉스연구단 박기주, 김형민 박사팀이 영국 런던대학교 기계공학과 사파리(Saffari) 교수팀과 공동 연구를 통해 이 원리를 밝혀냈다고 발표했다.

공동 연구팀은 강력한 초음파 영역에서 발생하는 음향 공동현상(기포가 압력 변화에 따라 진동 및 붕괴하는 현상)을 예측하는 수학적 모델을 개발했다. 이 수학적 모델로 집속초음파의 연조직 제거효과 메커니즘을 규명했다고 밝혔다.

집속초음파란 고강도 초음파 에너지를 한곳에 모아 발생하는 고열을 이용해 수술 없이 조직의 열적 괴사를 일으키는 기술이다.

대기압의 수백 배에 달하는 수십 메가파스칼(MPa)의 압력 세기를 갖는 고강도집속초음파는 1000분의 1초 남짓한 짧은 시간에 초점 부위의 온도를 끓는점까지 올릴 수 있다. 이때 초점에서 발생한 수증기 기포의 운동에너지를 이용하면 주변 세포 조직을 제거할 수 있다. 이런 원리를 이용한 다양한 의료기술이 연구되고 있지만 아직 관련 현상을 완벽하게 설명하는 메커니즘은 밝혀지지 않았다.

KIST 연구팀은 정확도를 검증하기 위해 수학적 모델을 이용해 예측한 값과 초고속카메라 촬영 결과를 동일조건에서 비교 분석했다. 그 결과, 기포의 운동에 의해 발생하는 강도는 연조직을 파괴할 만큼 강하지만 혈관이 파괴될 수 있는 강도 보다는 약하다는 것을 밝혀냈다. 이는 고강도 집속초음파의 연조직 제거효과의 메커니즘을 규명하는 것뿐만 아니라, 기포의 운동 변화 및 강도를 조절하면 원하는 세포조직만을 선택적으로 제거 할 수 있는 가능성을 제시한 것이다.

KIST 박기주 박사는 "이 연구는 초음파로 연조직 제거 메커니즘을 학계 최초로 규명한 것"이라고 설명했다. 그는 "수학적 모델링 기법으로 최적화된 초음파 조사조건을 찾으면 외과적 수술 없이도 종양치료 및 특정 세포만을 선택해 제거하는 것이 가능하다"고 전망했다.

KIST 김형민 박사는 "지속적인 연구를 통해 향후 항암면역치료와 세포이식술 분야 등에도 활용되는 기술로 발전하길 기대한다."고 말했다.

연구결과는 'Ultrasonics Sonochemistry'에 최신호에 게재됐다.

[e-mail] 김만기 기자